Nanofasern verbessern Luftfilter

Wer Auto fährt, will im Innenraum saubere Luft. Straßenstaub und Abgasgeruch sollen draußen bleiben. Auch die Luft für die Motoren muss staubfrei sein. Die Firma MANN+HUMMEL hat 75 Jahre Erfahrung mit Filtern. Um auch kleinste Partikel zu fangen, setzt sie auf Nanofasern. Wie das funktioniert, sahen wir uns im weltgrößten Produktionswerk für Filterelemente in Marklkofen an. 
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Für Funktion und Lebensdauer von Autos und Lkws spielen Filter eine besondere Rolle: Motorzuluftfilter reinigen die angesaugte Außenluft von feinen Ruß- und Staubteilchen, bevor die Luft in den Motorraum gelangt. Das verringert den Verschleiß von Kolben und Zylindern und schützt elektronische Bauteile und Sensoren. Innenraum- und Umluftfilter halten vor allem Staub und Gerüche von den Fahrgästen fern. (Bild: sandid/pixabay.de)
Die verschiedenen Filter arbeiten dabei immer nach demselben Prinzip: Sie bestehen aus Fasern, die locker übereinander liegen. Das Modell zeigt deutlich, dass sich dabei zahlreiche kleine und größere Hohlräume bilden. Strömt Luft durch dieses Gewirr, lagern sich Staub- und Rußpartikel an den Fasern ab und füllen die Zwischenräume.   (Foto: MLR / Stefan Kiefer)
Was im Modell so groß und luftig wirkt, sieht in der Realität aus, wie dickes Papier. Tatsächlich besteht das Filtermedium aktuell bei Motorzuluftfiltern vor allem aus Zellulosefasern. Diese sind als Filtermaterial langerprobt und bewährt. Im Innenraumfilter wird anstelle von Zellulose Vliesmedium verwendet. Einer der Vorteile: Die beiden Materialien lassen sich stabil falten. (Foto: MLR / Stefan Kiefer)
Durch das Falten lassen sich beispielweise die zwei Quadratmeter Filterfläche des Motorzuluftfilters eines Pkw (links im Bild) bzw. zwölf bis sechzehn Quadratmeter bei einem Nutzfahrzeug (rechts im Bild) auf engsten Raum verdichten. (Foto: MLR / Stefan Kiefer)
Die Herausforderung: Die Filter müssen den Staub innen wie außen zuverlässig und möglichst lange abhalten. Dabei sollen die abgeschiedenen Partikel möglichst fest im Filter gefangen bleiben und auch beim Auswechseln nicht frei werden. Zugleich sollte der Luftstrom dabei aber möglichst wenig behindert werden – auch nicht, wenn der Filter schon sehr voll ist. Dass die Filter auf engstem Raum maximale Leistung bringen, leicht auszuwechseln und selbstverständlich unempfindlich gegen Feuchtigkeit und Hitze sein sollen, kommt noch dazu. Bei MANN+HUMMEL hat man dafür Lösungen gefunden. Nanofasern sind ein Teil davon. (Bild: unsplasyh/pixabay.de)
Zellulose- und Vliesfasern sind verhältnismäßig dick, dadurch lassen sich auf gleicher Fläche weniger Fasern ablegen, die Zwischenräume sind entsprechend groß. Dies führt dazu, dass entweder weniger Fein- und Ultrafeinstaub abgeschieden werden - das ist besonders für Fahrzeuge auf dem Bau und in der Landwirtschaft ein großes Problem, weil diese kleinsten Staubpartikel die Filter und Motoren schnell verschleißen und die Atemluft der Fahrer belasten – oder die Medien müssen dicker ausgeführt werden, was zu mehr Bauraum führt. Nanofasern erlauben es, deutlich feinere Netze auf das Filtermedium zu legen. Das führt dazu, dass auch sehr feine Partikel, die nur 1 bis 25 Mikrometer messen, effizient abgeschieden werden können. Und selbst lungengängiger Feinstaub lässt sich aufhalten, ohne dass die Filtermedien dicker werden müssen. (Bild: natan10/pixabay.de)
Bei MANN+HUMMEL kombiniert man daher bewährte Filtrationsmedien wie Zellulose oder Vliesstoffe mit Nanofasern aus Kunststoff. Sie werden mit Hilfe eines elektrischen Feldes aus einer Kunststoff-Lösung gesponnen, wobei sich der Durchmesser exakt einstellen lässt. Dabei entstehen endlose Fasern, die sich sofort aneinander lagern. Anders als die Fasern in unserem Bild, sind die auf den Filtermedien abgeschiedenen Nanofasern mit bloßem Auge jedoch nicht zu erkennen. (Foto: MLR / Stefan Kiefer)
Viele tausend Kilometer Nanofasern werden mit diesem Verfahren als gleichmäßiges Geflecht auf jedem Quadratmeter Zellulose- bzw. Vliesmedium verteilt. Das alles geschieht in einem geschlossenen System bei leichtem Unterdruck. So wird verhindert, dass Staub oder gar Faserabschnitte in die Umgebungsluft gelangen. In den nächsten Schritten werden die Vliesbahnen zugeschnitten, gefaltet und an die jeweiligen Rahmen angepasst. Staub-Abscheider sorgen dafür, dass auch dabei keine Fasern und Stäube in die Werksluft gelangen. (Foto: MLR / Stefan Kiefer)
Die Ansprüche an die Filter werden immer höher. Heute sollen nicht nur Staub und Ruß verlässlich aufgehalten werden, sondern auch Allergene und Gerüche (Foto: MLR / Stefan Kiefer). Die Spezialisten und Entwickler hier haben auch dafür Lösungen gefunden:
In Frischluft- und Umluftfilter für den Fahrzeuginnenraum nimmt eine zusätzliche Schicht aus Aktivkohle unerwünschte Gerüche auf. Diese schwarze Schicht liegt zwischen den Vlieslagen und der Nanofaser-Schicht und hält Stickoxide, Schwefelverbindungen und Ozon aus der Luft auf. (Foto: MLR / Stefan Kiefer)
Um Pollen zuverlässig einzufangen, haben die Produktentwickler Innenraumfilter mit einer zusätzlichen Schicht von Polyphenolen ausgestattet. Diese Verbindungen kommen in der Natur in allen Pflanzen vor und wirken antiallergen und antimikrobiell. Im Filter sorgen sie dafür, dass Pollen unwirksam werden und Schimmel und Bakterien nicht ins Fahrzeug geblasen werden. (Foto: MLR / Stefan Kiefer)
Seit die Firma MANN+HUMMEL im Jahr 1968 am Stammsitz in Ludwigsburg bei Stuttgart den ersten Luftfilter herstellte, hat sich viel getan. Heute betreibt die Firma das größte Filterwerk der Welt. Pro Sekunde werden im niederbayerischen Marklkofen 17 Filter fertiggestellt, für Motoren ebenso wie für den Innenraum von Pkw und Lkw. Allein im Jahr 2016 waren es insgesamt 169 Millionen Stück.  (Foto: MLR / Stefan Kiefer)
Prozesssichere Fertigungsmethoden und prozessbegleitende Qualitätsprüfungen stellen sicher, dass die Filterfasern fest gebunden bleiben, sich nicht ablösen oder im Laufe des Filterlebens im Fahrzeug womöglich abgespalten oder zerhackt werden. Ob die Filter dabei den hohen Ansprüchen an Leistung und Luftdurchlässigkeit gerecht werden, prüfen die Experten im Werk mit Hilfe von genormtem Staub und eigens hergestelltem Ruß (im Bild: Prüfung der Luftdurchlässigkeit). Sie können belegen, dass durch die Nanofasern mehr Staubpartikel im Filter aufge-halten werden, ohne dass die Luft dadurch schlechter hindurchströmen könnte. Zudem sind die Filter mit Nanofasern in der Lage deutlich mehr Ruß aufzunehmen und: Die Poren verstopfen nicht so schnell. So verlängern die unsichtbaren Fasern die Lebensdauer der Filter in der Praxis etwa um ein Drittel. (Foto: MLR / Stefan Kiefer)
MANN+HUMMEL über MANN+HUMMEL: "MANN+HUMMEL ist ein weltweit führender Experte für Filtrationslösungen und Entwicklungspartner und Serienlieferant der internationalen Automobil- und Maschinenbauindustrie. 2016 erwirtschafteten weltweit über 16.000 Mitarbeiter an über 60 Standorten einen Umsatz von rund 3 Milliarden Euro (vorläufige Zahlen). Mit der Akquisition der Affinia Group kommen rund 4.500 Mitarbeiter, 10 Standorte und fast 800 Millionen Euro Umsatz hinzu. Zu den Produkten der Unternehmensgruppe gehören u.a. Luftfiltersysteme, Saugsysteme, Flüssigkeitsfiltersysteme, Innenraumfilter und technische Kunststoffteile für die Automobilindustrie sowie Filterelemente für die Wartung von Kraftfahrzeugen. Für den Maschinenbau, die Verfahrenstechnik und industrielle Anwendungen umfasst das Produktportfolio Industriefilter, Membranfilter für die Wasserfiltration und Filteranlagen. Mehr unter www.mann-hummel.com" (Grafik: Pixabay)



(Stand 2016)

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